En erken galaksiler, bebek evreninde yıldız doğumu hakkındaki fikirlere meydan okuyor 

Devasa yeni uzay teleskobu JWST'nin Ta, teorisyenlerin görmezden gelemeyeceği kadar büyüyor.

Kopenhag Üniversitesi'nde bir astrofizikçi olan Charlotte Mason, 9 ay önce, kendisi ve işbirlikçileri, evrenin ilk galaksilerini zamanda geriye bakmak için dev yeni uzay teleskobu JWST'yi kullanmaya başladığında mütevazı beklentilere sahipti . Modelleme, inceledikleri gökyüzü parçasının yalnızca 0,2 gökada içereceğini öne sürdü; başka bir deyişle, şansları yoksa hiçbiri. Yine de görüntülerden bir değil iki parlak gökada çıktı. “Bu benim için en büyük sürprizdi” diyor.

Sürprizler gelmeye devam etti. JWST astronomları, 13,7 milyar yıllık evrenin ilk yarım milyar yılı içinde parlayan 15'ten fazla gökada buldular ki bu, teorisyenlerin gökada oluşumu modellerine göre çok fazla. Galaksilerin yaşı ve uzaklığıyla ilgili ilk tahminler, belirli dalga boylarındaki parlaklıklarından geliyor, ancak gökbilimciler artık altın standart yöntemi uyguluyorlar: Evrenin genişlemesiyle ışıklarının ne kadar esnediğini görmek için galaksilerin spektrumlarını ayrıntılı olarak analiz etmek. Spektrum, bu hafta listeye eklenen iki gökada dahil olmak üzere, ilk gökadalardan dokuzunu doğruladı.24 Mart'taki JWST gözlemlerinin ardından. College Station'daki Texas A&M Üniversitesi'nden Casey Papovich, geçen hafta İngiltere'nin Cambridge kentindeki Kavli Kozmoloji Enstitüsü'ndeki bir toplantıda astronomlara "Bu, son hayatımın en heyecan verici dönemi" dedi.

Keşifler, teorisyenlerin başlarını kaşımasına neden oluyor. Standart kozmoloji teorisi, lambda soğuk karanlık madde (LCDM), karanlık madde bulutlarının -evrenin kütlesinin %85'ini oluşturan gizemli şeylerin- büyük patlamadan kısa bir süre sonra haleler halinde kümelenmeye başladığını söylüyor. Haloların güçlü yerçekimi, yıldızları oluşturmak için çöken gazı emdi. LCDM, gökbilimcilerin gördüğü fazla gökadaları açıklayamaz, ancak çok az gökbilimci onu parçalamaya hazırdır. Los Angeles, California Üniversitesi'nden Alice Shapley, "Haydi daha büyük bir nüfus elde edelim," diyor. "O zaman teorilere bakmanın zamanı gelecek."

Bunun yerine kozmologlar, yeni doğan evrendeki galaksi fazlalığının gerçekten çok açık olup olmadığını merak ediyorlar. Şimdiye kadar yapılan araştırmalar şans eseri galaksilerin yoğun olduğu bölgeleri yakınlaştırmış olabilir. Görünen fazlalık, galaksilerin yalnızca aşırı parlak olması ve yıldızlarla dolu olması durumunda da ortaya çıkabilir, bu nedenle daha fazlası JWST'nin görebileceği eşiğin üzerine çıkar. Ancak bu yeni bir teorik sorun yaratır: Neden bu kadar parlak ve yıldızlarla dolular? University College London'dan Richard Ellis, "Henüz ikna edici bir açıklama yok" diyor.

Dünya'ya daha yakın olan genç galaksilerde, geribildirim yıldız oluşum oranını sınırlar. Teorisyenler, bebek yıldızların yıldız rüzgarları yaydığına inanıyor: galaksiden gaz üfleyerek süreci yavaşlatan parçacık akışları. Efekte ek olarak, hızlı yanan yıldızların yakıtı bittiğinde meydana gelen, çöken ve gazları uçuran ve galaksiyi tozla çevreleyen, ışığını saçan ve ona kırmızımsı bir renk veren patlamaları tetikleyen süpernovalar da var. Galaksinin yerçekimi, gazın bir kısmını geri çeker, ancak gaz birimi başına oluşan yıldızların bir ölçüsü olan yıldız oluşum verimliliği, tipik olarak %10'un altında kalır.

Kudüs İbrani Üniversitesi'nden Avishai Dekel, fiziksel olarak çok daha küçük olan erken evrende yıldız oluşumunun daha verimli olması gerektiğini savunuyor. Yıldızların oluştuğu gaz, milyarlarca yıllık genişlemeden sonra olduğundan 1000 kat daha yoğun olacak ve yıldız oluşumunu kolaylaştıracaktı. Dahası, bu ilkel gaz henüz daha ağır elementler ve süpernovaların oluşturduğu tozlar ile zenginleştirilmemişti. Sonuç olarak, bu ilk yıldızların yıldız rüzgarları bugünkünden daha az şiddetli ve yıldız oluşumu üzerinde daha zayıf bir fren olurdu. Dekel, yaklaşık 1 milyon yıl boyunca, bu galaksilerin neredeyse %100'lük bir oluşum verimliliğiyle yıldızları silip süpürebileceğini söylüyor. "Bu çağdaki tüm galaksiler, eğer yeterince büyüklerse, geri beslemesiz bir yıldız patlaması yapmalıdır." Daha ne,

İtalya, Pisa'daki Scuola Normale Superiore'den Andrea Ferrara farklı bir yol izliyor. Erken evrenin yoğun galaksilerinin, her 100 milyon yılda bir tekrar eden döngülerde yıldız oluşumunu hızlandıracağını söylüyor. Yıldız oluşum aşamaları sırasında, yıldızlardan gelen radyasyon basıncı tozları patlatarak galaksilerin parlak ve mavi görünmesini sağlardı.

Ferrara, modeli desteklemek için bazı kanıtlar buluyor: Uzak bir gökada olan GNz-11'in JWST tayfı, sanki gaz saniyede 300 kilometre hızla hareket ediyormuş gibi yerinden kaydırılmış bir spektral çizgiye (hidrojen gazı için) sahipti. Radyasyon basıncının hem hidrojeni hem de tozu süpürerek dışarı aktığına dair net işaretler görüyoruz, diyor. JWST, büyük patlamadan 700 milyon yıl sonra yıldız oluşumu belirtisi olmayan bir galaksiyi de gözlemledi, Ferrara bunun yıldız oluşum patlamaları arasında sessiz bir aşamada olabileceğini öne sürüyor.

Galaksilerin şaşırtıcı parlaklığının bir başka olası açıklaması da, bunun yıldızlar tarafından değil, kalplerindeki devasa kara delikler tarafından sağlanmış olması. Devasa kara deliklerin yerçekimsel kanallarından aşağı dönen sıcak toz ve gaz diskleri, evrendeki en parlak nesnelerden bazıları olan kuasarları harekete geçiren şeydir. Ancak gökbilimciler, büyük patlamadan yaklaşık 650 milyon yıl sonra kuasarları görmediler ve karadeliklerinin nasıl olup da çok daha önce parıldayacak kadar büyüyebileceğini açıklamakta zorlanıyorlar. Yine de, Kavli konferansında Papovich, evren 550 milyon iken bir galaksinin JWST spektrumunu gösterdi.
yaşında. Hem esneyen hem de sıkışan bir ışık ipucu gösterdi - bir kara deliğin etrafında dönen gazların belirgin bir işareti. Ellis hala dev kara deliklerin yeterince erken oluşabileceğine ikna olmadı. "Kara delik fikri en uç nokta" diyor.

Çok azı daha uç bir seçeneği onaylamak ister: hatalı olan LCDM modelidir. Daha fazla karanlık madde halesi veya gazı daha büyük galaksilere daha hızlı bir şekilde konsantre edebilen daha büyük halolar üretmek için ince ayar yapılabilir. Ancak teorisyenler, pek çok şeyi çok iyi açıkladığı için onu kurcalamaktan nefret ediyor: galaksilerin gözlenen dağılımı, ilkel gazların bolluğu ve evrenin hızlanan genişlemesi. Ferrara, "Diğer her şeyi alt üst etme riskiyle karşı karşıya kalırız" diyor. "Oldukça çaresiz olmalısın."